Astrónomos de diversos países capturaron la primera imagen de un agujero negro, en este avance científico participó el Gran Telescopio Milimétrico que se ubica en Puebla y es operado por el INAOE.

El Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT por sus siglas en inglés), un arreglo a escala mundial de ocho radiotelescopios forjado a través de la colaboración internacional, fue diseñado para obtener imágenes de un agujero negro. Hoy, en rueda de prensa coordinadas en todo el planeta, los investigadores del EHT revelan que han tenido éxito develando la primera evidencia visual directa de un agujero negro supermasivo y su sombra.

Este descubrimiento fue anunciado hoy en una serie de seis artículos publicados en un número especial de la prestigiosa revista The Astrophysical Journal Letters. La imagen revela el agujero negro ubicado en el centro de Messier 87 [1], una galaxia masiva localizada en el cercano cúmulo de galaxias de Virgo. Este agujero negro se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra y su masa equivale a 6.5 mil millones de veces la masa del Sol [2].

El EHT enlaza a telescopios alrededor del mundo para formar un telescopio virtual del tamaño de la Tierra con una sensibilidad y resolución sin precedentes [3]. El EHT es resultado de una colaboración internacional de varios años, y ofrece a los científicos una nueva forma de estudiar los objetos más extremos en el Universo, los cuales fueron predichos por la relatividad general de Einstein a cien años del experimento histórico que confirmó por primera vez la teoría [4].

“Estamos dando a la humanidad la primera visión de un agujero negro –una puerta de un solo sentido fuera de nuestro Universo”, dijo el director del proyecto EHT Sheperd S. Doeleman, del Center for Astrophysics/Harvard & Smithsonian. “Este es un hito en la astronomía, una hazaña científica sin precedentes lograda por un equipo de más de 200 investigadores”.

Los agujeros negros son objetos cósmicos extremadamente compactos que contienen cantidades increíbles de masa en una región minúscula. Estos objetos afectan de maneras extremas su entorno, deformando el espacio-tiempo y sobrecalentando cualquier material a su alrededor.

“Aunque esté inmerso en una zona brillante, como un disco de gas incandescente, esperamos que un agujero negro cree una región oscura similar a una sombra, algo que predijo la relatividad general de Einstein y que nunca hemos visto”, explicó el presidente del Consejo Científico del EHT Heino Falcke, de la Radboud University de Países Bajos. “Esta sombra, ocasionada por la flexión gravitacional y la captura de luz por el horizonte de eventos, nos revela mucho acerca de la naturaleza de estos objetos fascinantes y nos permite medir la enorme masa del agujero negro de M87”.

Diversos métodos de calibración y análisis de imágenes han revelado una estructura en forma de anillo con una región central oscura -la sombra del agujero negro- que persistió en observaciones, del EHT, múltiples e independientes.

“Una vez que estuvimos seguros de haber obtenido la imagen de la sombra, pudimos comparar nuestras observaciones con modelos computacionales extensivos, que incluyen la física del espacio curvado, materia súper caliente y campos magnéticos intensos. Muchas de las características de la imagen observada empatan sorprendentemente bien con nuestras predicciones teóricas”, subrayó Paul T. P. Ho, miembro del consejo del EHT y director del East Asian Observatory [5]. “Esto nos da confianza en la interpretación de nuestras observaciones, incluyendo nuestros cálculos de la masa del agujero negro”.

Crear el EHT fue un reto formidable que requirió mejorar y conectar una red mundial de ocho telescopios, ya existentes, ubicados en una serie de sitios cuya altitud es verdaderamente desafiante y que incluyen volcanes en Hawai y México, montañas en Arizona y en la Sierra Nevada en España, el desierto de Atacama en Chile y la Antártida.

Para realizar las observaciones del EHT se emplea una técnica denominada interferometría de base muy larga (VLBI, por sus siglas en inglés), la cual sincroniza los telescopios ubicados en distintas partes del mundo y aprovecha la rotación de nuestro planeta para formar un gigantesco telescopio del tamaño de la Tierra que puede observar a una longitud de onda de 1.3 milímetros. Gracias a la VLBI, el EHT puede lograr una resolución angular de 20 microsegundos de arco, lo suficiente como para leer, estando en Nueva York, un periódico en un café de alguna calle de París [6].

Los telescopios que han contribuido a este resultado fueron ALMA, APEX, el IRAM 30-meter telescope, el James Clerk Maxwell Telescope, el  Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), el Submillimeter Array, el Submillimeter Telescope y el South Pole Telescope [7]. El análisis necesario para transformar los petabytes de datos obtenidos por dichos observatorios en la imagen final fue realizado por supercomputadoras altamente especializadas hospedadas en el Max-Planck-Institute for Radio Astronomy y en el MIT Haystack Observatory.

La integración del EHT y las observaciones anunciadas este día representan la culminación de décadas de trabajo observacional, técnico y teórico. Este ejemplo de trabajo en equipo a nivel global requirió la estrecha colaboración de investigadores en todo el mundo. Trece instituciones asociadas trabajaron juntas para crear el EHT, utilizando infraestructura existente y el apoyo de una gran cantidad de agencias. El financiamiento clave fue otorgado por la National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos, el European Research Council (ERC) de la Unión Europea y agencias de financiamiento en Asia.

“El Gran Telescopio Milimétrico, construido en el Volcán Sierra Negra en México, es uno de los telescopios que se integró más recientemente al experimento EHT.  Su ubicación geográfica en la región central de la red de telescopios y el tamaño de su antena le permitieron contribuir de manera importante en la calidad de la imagen del agujero negro de M87, así como a los primeros resultados”, mencionó por su parte David Hughes, Director e Investigador Principal del GTM.

El Dr. Laurent Loinard, del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM, mencionó que la obtención de la imagen del agujero negro en el centro de M87 con el EHT marca un punto de inflexión para la astronomía y la física fundamental y abre una nueva era en la que se podrán estudiar agujeros negros a escalas de su horizonte de eventos. Esta imagen representa un enorme logro, resultado de años de trabajo pero, a la vez, es sólo un principio. En los próximos años, se esperan no solamente imágenes de estos objetos exóticos, sino también películas.

El Dr. Leopoldo Altamirano Robles, Director General del INAOE, subrayó que se recorrió un largo camino para llegar a la conclusión del GTM en 2018, pero que es un trayecto que ha valido la pena hacer, “y este resultado es una muestra de ello”.

La Dra. María Elena Álarez-Buylla, directora general del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, reiteró que el Conacyt apoyará la ciencia de frontera como la realizada con base en el GTM, que ha implicado una importante inversión pública que coloca a México en la posibilidad de colaborar en proyectos con gran impacto científico internacional. Asimismo, expresó que será importante usar ésta y otras infraestructuras a su máxima capacidad. También recordó que el Conacyt seguirá apoyando la formación de jóvenes investigadores especialistas en éstas y otras áreas de frontera y expresó que se seguirán desarrollando proyectos tan fascinantes como éste, en donde la comunicación pública y la apropiación social de la ciencia impacten en la mente de los niños y jóvenes para fomentar en ellos la emoción por indagar acerca del Universo y explorar nuevas fronteras del conocimiento.

“Hemos logrado algo que se suponía imposible hace sólo una generación”, concluyó Doeleman.  “Gracias a la tecnología innovadora y a la construcción de radiotelescopios durante la década pasada, nuestro equipo pudo integrar este nuevo instrumento diseñado para ver lo invisible”.

Notas

[1] La sombra de un agujero negro es lo más cercano a una imagen que podemos obtener del mismo agujero negro, que es un objeto completamente oscuro del cual no puede escapar la luz. La frontera del agujero negro, es decir, el horizonte de eventos del cual el EHT toma su nombre, es 2.5 veces más pequeña que la sombra que produce y es algo menor a 40 mil millones de kilómetros de ancho.

[2] Los agujeros negros supermasivos son objetos astronómicos relativamente pequeños y por ello imposibles de observar directamente, hasta ahora. Ya que el tamaño de un agujero negro es proporcional a su masa, entre más masivo sea, más grande es su sombra. Gracias a su enorme masa y relativa cercanía, se predijo que el agujero negro de M87 era uno de los más grandes que se podrían detectar desde la Tierra, convirtiéndolo en un objetivo perfecto para el EHT.

[3] Aunque los telescopios no están físicamente conectados, son capaces de sincronizar los datos que han obtenido gracias a relojes atómicos, o máseres de hidrógeno, que cronometran con precisión sus observaciones. Estas observaciones fueron realizadas a una longitud de onda de 1.3 milímetros durante una campaña global en 2017. Cada telescopio del EHT produjo una gran cantidad de datos, aproximadamente 350 terabytes por día, los cuales fueron almacenados en discos duros de helio de alto rendimiento. Los datos fueron transportados por vía aérea a las supercomputadoras altamente especializadas, conocidas como correladores, en el Max Planck Institute for Radio Astronomy y en el MIT Haystack Observatory, donde fueron combinados para ser cuidadosamente convertidos en una imagen utilizando novedosas herramientas computacionales desarrolladas por la colaboración.

[4] Hace cien años se realizaron dos expediciones, una a la isla del Príncipe en las cosas de África y otra a Sobral, Brasil, con el propósito de observar el eclipse solar de 1919 y probar la teoría de la relatividad general observando si la luz de las estrellas sería doblada alrededor del disco del Sol, tal como lo predijo Einstein. En conmemoración de esas observaciones, el EHT ha enviado a los miembros de su equipo a algunos de los radiotelescopios más aislados y ubicados a mayor altura en el mundo para probar, una vez más, nuestro entendimiento de la gravedad.

[5] El East Asian Observatory (EAO), socio del proyecto EHT, representa la participación de distintos países de Asia, incluyendo China, Japón, Corea, Taiwán, Vietnam, Tailandia, Malasia, India e Indonesia.

[6] La sensibilidad de las futuras observaciones del EHT se incrementará sustancialmente gracias a la participación del IRAM NOEMA Observatory, el Greenland Telescope y el Kitt Peak Telescope.

[7] ALMA es una sociedad del Observatorio Europeo Austral (ESO por sus siglas en inglés), la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF) de Estados Unidos y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS), junto con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST) de Taiwán, la Academia Sínica Instituto de Astronomía y Astrofísica (ASIAA; Taiwán), y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI), en cooperación con la República de Chile. APEX es operado por el ESO, el 30-meter telescope es operado por IRAM (en el cual participan MPG (Alemania), CNRS (Francia) e IGN (España)), el James Clerk Maxwell Telescope es operado por el EAO, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano es operado por el INAOE y UMass, el Submillimeter Array es operado por SAO y ASIAA y el Submillimeter Telescope es operado por el Arizona Radio Observatory (ARO). El South Pole Telescope es operado por la Universidad de Chicago con instrumentos especializados del EHT proporcionados por la Universidad Arizona.